RU2082736C1

RU2082736C1 - Composition for temporary coating of products made of metal

Info

Publication number: RU2082736C1
Application number: RU93039186A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Харьков; И.Ю. Праздникова; Н.А. Павлова; В.А. Галафеев
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1997-06-27

Abstract

FIELD: paint industry. SUBSTANCE: claimed composition comprises, %; polymethacrylic acid, 10-15; polyethylene glycol, 5-10; isopropyl alcohol, 45-65; and water, the balance. EFFECT: improved properties of the composition. 1 tbl

Description

Изобретение относится к составам для нанесения покрытий на основе акрилсодержащих мономеров, в частности для нанесения покрытий на металлические детали для их дальнейшей обработки (путем холодной штамповки металлов). The invention relates to compositions for coating based on acrylic monomers, in particular for coating metal parts for their further processing (by cold stamping of metals).

На машиностроительных заводах методом холодной штамповки изготавливают различные товары народного потребления из нержавеющей стали, например, кастрюли, чайники, бидоны, ложки, ковши, мойки и т.п. умывальники и унитазы для оснащения вагонов. Перед штамповкой на поверхность металлических заготовок наносят защитное лаковое покрытие, что позволяет предохранить поверхность металлического изделия от царапин, задиров, а также удлинить срок службы дорогостоящих штампов. После штамповки лаковое покрытие удаляют соответствующими растворителями. In cold-stamping machine-building plants, various consumer goods are made of stainless steel, for example, pots, kettles, cans, spoons, ladles, sinks, etc. washbasins and toilets for equipping wagons. Before stamping, a protective varnish coating is applied to the surface of the metal billets, which helps to protect the surface of the metal product from scratches, scoring, and also extend the life of expensive dies. After stamping, the lacquer coating is removed with appropriate solvents.

В настоящее время для этих целей на машиностроительных заводах используют лаки ЗВ-784 [1] и НЦ-134 [2]
Лак ХВ-784 это раствор хлорированной поливинилхлоридной смолы в смеси летучих органических растворителей с добавлением пластификатов.Currently, for these purposes, machine-building plants use varnishes ZV-784 [1] and NTs-134 [2]
Varnish XB-784 is a solution of chlorinated polyvinyl chloride resin in a mixture of volatile organic solvents with the addition of plasticizers.

Лак НЦ-134 это лак на основе нитроцеллюлозы, в его состав входят следующие растворители: толуол, ацетон, бутилацетат, этилацетат и др. Varnish NTs-134 is a varnish based on nitrocellulose, it contains the following solvents: toluene, acetone, butyl acetate, ethyl acetate, etc.

Оба лака дают хорошие защитные покрытия, но покрытие на основе лака НЦ-134 зависит от качества лака, которое меняется с каждой новой партией. Both varnishes give good protective coatings, but the coating based on NTs-134 varnish depends on the quality of the varnish, which changes with each new batch.

По технологии как только заготовка проходит стадию вытяжки и обрезание краев, покрытие необходимо удалить. According to technology, as soon as the workpiece passes the stage of drawing and cutting edges, the coating must be removed.

Удаление покрытия на основе лака ХВ-784 производят легкокипящими органическими растворителями: уайт-спирит, Р-4, N 646. Покрытие на основе лака НЦ-134 удаляют при помощи горящего щелочного раствора (температура в отмывочной ванне 70^oC). При такой температуре происходит разрушение нестойкой нитроцеллюлозы и выделение в атмосферу окислов азота, синильной кислоты, формальдегида, нитрилов, паров едкого натра и других вредных для здоровья химических соединений. Кроме того, быстрый нагрев лака в ванне для отмывки может закончиться вспышкой и взрывом.Coating based on lacquer XB-784 is made with boiling organic solvents: white spirit, P-4, N 646. Coating based on lacquer NTs-134 is removed using a burning alkaline solution (temperature in a washing bath 70 ^o C). At this temperature, unstable nitrocellulose is destroyed and oxides of nitrogen, hydrocyanic acid, formaldehyde, nitriles, caustic soda vapors and other harmful chemical compounds are released into the atmosphere. In addition, rapid heating of the varnish in the wash bath can result in a flash and an explosion.

Таким образом, недостатки применения лаков НЦ-134 и ХВ-784 следующие: токсичность, пожароопасность, вред для здоровья. Thus, the disadvantages of using the NTs-134 and HV-784 varnishes are as follows: toxicity, fire hazard, health hazard.

Известна композиция для покрытия металла перед штамповкой изделий [3] состоящая из отходов поливинилхлоридного пластизоля 96 97 мас. и остальное /3-4 уайт-спирит. Применение этой композиции позволяет повысить эластичность, прочность и снизить толщину покрытия до 0,5 1,0 мм. A known composition for coating metal before stamping products [3] consisting of waste PVC plastisol 96 97 wt. and the rest / 3-4 white spirit. The use of this composition allows to increase the elasticity, strength and reduce the thickness of the coating to 0.5 to 1.0 mm

Однако недостатком этой композиции является применение в качестве растворителя легкокипящего органического растворителя уайт-спирита, а также то, что после штамповки покрытие удаляют или под давлением в моечной машине, или механическим сдиранием, или щелочными растворами, или уайт-спиритом. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной композиции является известный состав твердой органической пленки [4] которую наносят на металлические поверхности для их временной защиты на стадии деформации. However, the disadvantage of this composition is the use of white spirit as a solvent of a low boiling organic solvent, and also that after stamping, the coating is removed either under pressure in a washing machine, or by mechanical peeling, or with alkaline solutions, or with white spirit. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed composition is the known composition of a solid organic film [4] which is applied to metal surfaces for their temporary protection at the stage of deformation.

Эту пленку получают на основе композиции, имеющей следующий состав, мас. ч. This film is obtained on the basis of a composition having the following composition, wt. h

Полиакриловая смола (кислотное число 50) 75 -100
Высокоплавкая с большим кислотным числом смола 0 25
Стеарат какого-либо металла 0 5
Воск с высокой точкой плавления 0 2
Растворитель 250 1000.Polyacrylic resin (acid number 50) 75 -100
High melting acid resin number 0 25
Stearate of any metal 0 5
High melting point wax 0 2
Thinner 250 1000.

Затем эту пленку сушат и перед операцией деформирования наносят на ее поверхность покрывочную (смазывающую) композицию, имеющую следующий состав, ч. Then this film is dried and before the deformation operation, a coating (lubricating) composition having the following composition is applied onto its surface, including

Минеральное масло Около 90
Монобутиловый эфир этиленгликоля Около 10
После окончания процесса деформации полимерную пленку с металла удаляют, промывая рабочие поверхности в ванне водными растворами щелочи или водными растворами обычных чистящих агентов, таких как полифосфат натрия.Mineral Oil About 90
Ethylene Glycol Monobutyl Ether About 10
After the deformation process is completed, the polymer film is removed from the metal by washing the working surfaces in the bath with aqueous alkali solutions or aqueous solutions of conventional cleaning agents, such as sodium polyphosphate.

Недостатком данного полимерного состава является то, что пленка на его основе жесткая и противодействующая сдвигу при процессе деформации, поэтому ее надо смягчать, нанося на ее поверхность дополнительный состав. Это усложняет технологический процесс, так как приводит к появлению дополнительных технологических стадий. The disadvantage of this polymer composition is that the film based on it is stiff and counteracts shear during the deformation process, so it must be softened by applying an additional composition to its surface. This complicates the process, as it leads to the appearance of additional technological stages.

Технической задачей изобретения является:
увеличение прочностных показателей покрытия,
уменьшение толщины покрытия,
сохранение/адгезии и целостность покрытия при степени вытяжки металла для заявляемого покрытия до 80 100% по прототипу до 20%
улучшение условий труда и техники безопасности на стадии изготовления и нанесения покрытия на металл за счет применения нетоксичных и высокотемпературных растворителей (вода, изопропанол);
снижение затрат труда и улучшение техники безопасности на стадии удаления покрытия после окончания процесса деформации.An object of the invention is:
increase in strength characteristics of the coating,
decrease in coating thickness,
preservation / adhesion and integrity of the coating with the degree of metal drawing for the claimed coating up to 80 100% of the prototype up to 20%
improvement of working conditions and safety at the stage of manufacture and coating of metal through the use of non-toxic and high-temperature solvents (water, isopropanol);
reduction of labor costs and improvement of safety measures at the stage of coating removal after the end of the deformation process.

Технический результат достигается тем, что композиция для временного покрытия изделий из металла содержит поли/мет/акриловую кислоту, полиэтиленгликоль с молекулярной массой 200 400, растворитель, при следующем соотношении компонентов, мас. The technical result is achieved by the fact that the composition for temporary coating of metal products contains poly / meth / acrylic acid, polyethylene glycol with a molecular weight of 200,400, a solvent, in the following ratio of components, wt.

Поли/мет/акриловая кислота 10 15
Полиэтиленгликоль 5 10
Изопропиловый спирт 45 65
Вода Остальное.Poly / meth / acrylic acid 10 15
Polyethylene glycol 5 10
Isopropyl alcohol 45 65
Water The rest.

Композицию получают следующим образом. The composition is prepared as follows.

В реактор загружают расчетное количество /мет/акриловой кислоты (МАК) и полиэтиленгликоля с молекулярной массой 200 400 (ПЭГ-4), а также изопропиловый спирт в количестве 7,7 11,1% от общего количества изопропанола, входящего в состав композиции. Из мерника в реактор добавляют необходимое количество обессоленной воды. Смесь нагревают до 53±2^oC и выдерживают при этой температуре 10 мин. Полимеризацию /мет/акриловой кислоты осуществляют в присутствии окислительно-восстановительного инициатора - персульфата калия и метабисульфита натрия в количестве 1 2% от массы загружаемых в реактор на этой стадии веществ. При температуре 53±2^oC к реакционной массе добавляют приготовленные заранее растворы персульфата калия и метабисульфита натрия в воде. После добавления инициирующей системы температура реакционной смеси повышается за счет экзотермической реакции полимеризации /мет/акриловой кислоты до 70 92^oC. При этой температуре смесь выдерживают в течение 30 мин при перемешивании, после чего реактор охлаждают.The calculated amount of (meth) acrylic acid (MAA) and polyethylene glycol with a molecular weight of 200,400 (PEG-4), as well as isopropyl alcohol in an amount of 7.7 to 11.1% of the total amount of isopropanol included in the composition are loaded into the reactor. The required amount of demineralized water is added to the reactor from the measuring device. The mixture is heated to 53 ± 2 ^o C and maintained at this temperature for 10 minutes The polymerization of (meth) acrylic acid is carried out in the presence of a redox initiator — potassium persulfate and sodium metabisulfite in an amount of 1 2% by weight of the substances loaded into the reactor at this stage. At a temperature of 53 ± 2 ^° C., pre-prepared solutions of potassium persulfate and sodium metabisulfite in water are added to the reaction mass. After adding the initiating system, the temperature of the reaction mixture increases due to the exothermic polymerization / meth / acrylic acid polymerization reaction to 70 92 ^° C. At this temperature, the mixture is kept for 30 minutes with stirring, after which the reactor is cooled.

Полученный полупродукт представляет собой водно-спиртовый раствор поли/мет/акриловой кислоты с молекулярной массой 10 15 тыс. и кислотным числом 100±20. The resulting intermediate is a water-alcohol solution of poly / meth / acrylic acid with a molecular weight of 10 15 thousand and an acid number of 100 ± 20.

Введение изопропанола на стадии синтеза в количестве 7,7 11,1% от предлагаемого, а также окислительно-восстановительного инициатора позволяют получить поли/мет/акриловую кислоту с требуемыми свойствами. Выход полупродукта практически количественный. The introduction of isopropanol at the synthesis stage in an amount of 7.7 to 11.1% of the proposed, as well as the redox initiator, allows to obtain poly / meth / acrylic acid with the desired properties. The yield of the intermediate is almost quantitative.

Далее в этот реактор добавляют оставшееся количество изопропилового спирта при перемешивании в течение 30 мин. Next, the remaining amount of isopropyl alcohol is added to this reactor with stirring for 30 minutes.

Готовая композиция представляет собой прозрачную жидкость, имеющую водородный показатель 2 4, показатель преломления n $\binom{20}{D}$ 1,3920 1,4050, вязкость 70 110 сст, плотность не менее 0,92.The finished composition is a transparent liquid having a hydrogen index of 2 4, the refractive index n $\binom{twenty}{D}$ 1.3920 1.4050, viscosity 70 110 cst, density no less than 0.92.

Получаемая композиция стабильна во времени (срок ее хранения ≥1 года). The resulting composition is stable over time (shelf life ≥1 year).

Этой композицией покрывают металлические заготовки обычными методами (кистью, окунанием, вальцами и тому подобным). Покрытие высыхает на воздухе при комнатной температуре в течение 15 30 мин. Толщина покрытия 0,005 0,01 мм. This composition is coated on metal billets by conventional methods (brush, dipping, rollers and the like). The coating dries in air at room temperature for 15-30 minutes. Coating thickness 0.005 0.01 mm.

После окончания процесса деформации (штамповки) полимерную пленку с металла удаляют, промывая рабочие поверхности в ванне водой при комнатной температуре. After the deformation (stamping) process is completed, the polymer film is removed from the metal by washing the working surfaces in the bath with water at room temperature.

У получаемых покрытий определяют следующие прочностные показатели: относительное удлинение E(%) и разрушающее напряжение σ_в (кН/м). Эти величины определяют в соответствии с методикой по диаграммам растяжения, полученным на динамометре "Статиграф" при скорости растяжения 186^o мм/мин и 22^oC (295 К). Для проведения этих испытаний отливают на горизонтальную поверхность образцы пленок толщиной 100 150 мкм и размером 15 х 100 мм.The resulting strength parameters are determined for the resulting coatings: elongation E (%) and breaking stress σ _in (kN / m). These values are determined in accordance with the method according to the tensile diagrams obtained on the "Statigraph" dynamometer at a tensile speed of 186 ^o mm / min and 22 ^o C (295 K). To conduct these tests, samples of films with a thickness of 100 to 150 μm and a size of 15 x 100 mm are cast onto a horizontal surface.

Пример 1. В колбу объемом 500 мм, снабженную мешалкой, загружают 50 г /мет/акриловой кислоты (МАК) и 30 г ПЭГ-4, а также 20 гизопропанола (9,1%) от общего количества). Добавляют 48,5 г обессоленной воды. Смесь нагревают до 53±2^oC и выдерживают при этой температуре 10 мин. Затем добавляют водные растворы окислительно-восстановительного инициатора в следующем количестве воды: 1,092 г персульфата калия в 32,6 г воды и 1,10 г метабисульфита натрия в 10,9 г воды. После их добавления температура реакционной смеси повышается за счет экзотермической реакции полимеризации до 75 85^oC. При этой температуре смесь при перемешивании выдерживают в течение 30 мин, после чего реактор охлаждают.Example 1. In a 500 mm flask equipped with a stirrer, 50 g / meth / acrylic acid (MAA) and 30 g PEG-4, as well as 20 gisopropanol (9.1% of the total amount) were charged. 48.5 g of demineralized water are added. The mixture is heated to 53 ± 2 ^o C and maintained at this temperature for 10 minutes Then, aqueous solutions of the redox initiator are added in the following amount of water: 1.092 g of potassium persulfate in 32.6 g of water and 1.10 g of sodium metabisulfite in 10.9 g of water. After adding them, the temperature of the reaction mixture rises due to the exothermic polymerization reaction to 75–85 ^° C. At this temperature, the mixture is kept under stirring for 30 minutes, after which the reactor is cooled.

Получают полупродукт водно-спиртовой раствор поли/мет/акриловой кислоты с молекулярной массой 10 15 тыс. и кислотным числом 100±10. Добавляют 200 г изопропанола при перемешивании в течение 30 мин. Получают композицию, имеющую следующий состав, мас. An intermediate is obtained of an aqueous-alcoholic solution of poly / meth / acrylic acid with a molecular weight of 10 15 thousand and an acid number of 100 ± 10. 200 g of isopropanol are added with stirring for 30 minutes. Get a composition having the following composition, wt.

ПМАК 12,5
ПЭГ-4 7,5
Изопропанол 55,0
Вода 25
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водный показатель 3
Показатель преломления 1,398
Вязкость 80 100 сст
Плотность 0,93 г/см³
Прочностные показатели покрытия, полученного из этого состава композиции представлены в таблице.PMAC 12.5
PEG-4 7.5
Isopropanol 55.0
Water 25
The finished composition has the following indicators:
Water indicator 3
Refractive Index 1.398
Viscosity 80 100 cst
The density of 0.93 g / cm ³
Strength indicators of the coating obtained from this composition are presented in the table.

Пример 2. Example 2

Аналогичен примеру 1, но количества вводимых в реактор компонентов следующие:
МАК 40 г
ПЭГ-4 20 г
Изопропанол 20 г (7,7% от общего количества)
Обессоленная вода 65,3 г
Персульфат калия 0,870 г в 26 г воды
Метабисульфит натрия 0,870 г в 8,7 воды
Температура реакционной смеси за счет экзотермической реакции 70 - 80^oC.Similar to example 1, but the number of components introduced into the reactor are as follows:
MAK 40 g
PEG-4 20 g
Isopropanol 20 g (7.7% of the total)
Desalted water 65.3 g
Potassium persulfate 0.870 g in 26 g of water
Sodium metabisulfite 0.870 g in 8.7 water
The temperature of the reaction mixture due to the exothermic reaction 70 - 80 ^o C.

Полученный полупродукт имеет молекулярную массу 10 -15 тыс. и кислотное число 100±10. The resulting intermediate has a molecular weight of 10 -15 thousand and an acid number of 100 ± 10.

После введения 240 г изопропанола и перемешивания получают композицию следующего состава, мас. After the introduction of 240 g of isopropanol and stirring, a composition of the following composition is obtained, wt.

ПМАК 10,0
ПЭГ-4 5,0
Изопропанол 65,0
Вода 20,0
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водородный показатель 4
Показатель преломления 1,392
Вязкость 70 90 сст
Плотность 0,92 г/см³
Прочностные показатели покрытия, полученного из этой композиции представлены в таблице.PMAC 10.0
PEG-4 5.0
Isopropanol 65.0
Water 20.0
The finished composition has the following indicators:
Hydrogen indicator 4
Refractive Index 1.392
Viscosity 70 90 cst
Density 0.92 g / cm ³
Strength indicators of the coating obtained from this composition are presented in the table.

Пример 3. Example 3

Аналогичен примеру 1, но количества вводимых в реактор компонентов следующие:
МАК 60 г
ПЭГ-4 40 г
Изопропанол 20 г (11,1% от общего количества)
Обессоленная вода 48 г
Персульфат калия 1,3 г в 39 г воды
Метабисульфит натрия 1,3 в 13 г воды
Температура реакционной смеси за счет экзотермической реакции полимеризации 80 90^oC.Similar to example 1, but the number of components introduced into the reactor are as follows:
MAK 60 g
PEG-4 40 g
Isopropanol 20 g (11.1% of the total)
Desalted water 48 g
Potassium persulfate 1.3 g in 39 g of water
Sodium metabisulfite 1.3 in 13 g of water
The temperature of the reaction mixture due to the exothermic polymerization reaction 80 90 ^o C.

Полученный полупродукт имеет молекулярную массу 10 15 тыс. и кислотное число 100±10. The resulting intermediate has a molecular weight of 10 15 thousand and an acid number of 100 ± 10.

После введения 160 г изопропанола и перемешивания получают композицию следующего состав, мас. After the introduction of 160 g of isopropanol and stirring, a composition of the following composition is obtained, wt.

ПМАК 15
ПЭГ-4 10,0
Изопропанол 45,0
Вода 30,0
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водородный показатель 2
Показатель преломления 1,400
Вязкость 90 -110 сст
Плотность 0,95 г/см³
Прочностные показатели покрытия, полученного из этой композиции представлены в таблице.PMAC 15
PEG-4 10.0
Isopropanol 45.0
Water 30.0
The finished composition has the following indicators:
Hydrogen indicator 2
Refractive Index 1,400
Viscosity 90 -110 cst
The density of 0.95 g / cm ³
Strength indicators of the coating obtained from this composition are presented in the table.

Пример 4. Example 4

В колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, загружают 50 г метакриловой кислоты, 50 г изопропанола (23,5% от всего количества изопропанола), 48,5 г обессоленной воды. Смесь нагревают до температуры 53±2^oC и выдерживают при этой температуре 100 мин. Затем добавляют водные растворы окислительно-восстановительных инициаторов; 1,092 г персульфата калия в 32,6 г воды и 1,092 г метабисульфита натрия в 10,0 г воды. После их добавления температура реакционной среды повышается за счет экзотермической реакции полимеризации до 75 85^oC. При этой температуре смесь выдерживают в течение 30 мин при перемешивании, после чего колбу охлаждают.A 500 ml flask equipped with a stirrer is charged with 50 g of methacrylic acid, 50 g of isopropanol (23.5% of the total amount of isopropanol), 48.5 g of demineralized water. The mixture is heated to a temperature of 53 ± 2 ^o C and maintained at this temperature for 100 minutes Then add aqueous solutions of redox initiators; 1.092 g of potassium persulfate in 32.6 g of water and 1.092 g of sodium metabisulfite in 10.0 g of water. After adding them, the temperature of the reaction medium rises due to the exothermic polymerization reaction to 75–85 ^° C. At this temperature, the mixture is kept for 30 minutes with stirring, after which the flask is cooled.

Получают полупродукт: водно-спиртовой раствор полиметакриловой кислоты с молекулярной массой 10 15 тысяч и кислотным числом 100 ±10. Добавляют 30 г ПЭГ-4 (молекулярная масса 200) и 170 г изопропанола при перемешивании в течение 30 мин. Получают композицию, имеющую следующий состав, мас. An intermediate product is obtained: a water-alcohol solution of polymethacrylic acid with a molecular weight of 10 15 thousand and an acid number of 100 ± 10. 30 g of PEG-4 (molecular weight 200) and 170 g of isopropanol are added with stirring for 30 minutes. Get a composition having the following composition, wt.

ПМАК 12,5
ПЭГ 7,5
Изопропанол 55,0
Вода 25,0
Готовая композиция имеет следующие показатели:
Водородный показатель 3
Показатель преломления 1,398
Вязкость 80 100 сCт
Плотность 0,93 г/см³.PMAC 12.5
PEG 7.5
Isopropanol 55.0
Water 25.0
The finished composition has the following indicators:
Hydrogen indicator 3
Refractive Index 1.398
Viscosity 80 100 cSt
The density of 0.93 g / cm ³ .

Claims

Composition for temporary coating of metal products, including an acrylic polymer and a solvent, characterized in that it contains poly (meth) acrylic acid as an acrylic polymer, isopropyl alcohol and water as a solvent, and additionally contains polyethylene glycol with mol.m. 200 400 in the following ratio of components, wt.

Poly (meth) acrylic acid 10 15
Polyethylene glycol 5 10
Isopropyl alcohol 45 65
The rest of the water